NIMS y AIST han desarrollado un pequeño sensor capaz de monitorear continuamente el etileno, la hormona vegetal. El gas etileno promueve la maduración en frutas y verduras, pero la exposición excesiva los hace pudrirse. El nuevo sensor pequeño se puede utilizar para monitorear frutas y verduras mediante la detección continua de gas etileno, asegurando la frescura durante el transporte y almacenamiento, y ayudar a reducir el desperdicio de alimentos.

El etileno es una molécula gaseosa liberada por frutas y verduras como fitohormona que promueve la maduración. Los productos frescos se pueden madurar artificialmente en el almacenamiento poscosecha mediante la introducción de etileno en una instalación de almacenamiento. El monitoreo continuo de las concentraciones de etileno en estas instalaciones puede permitir estimar con mayor precisión la progresión de la maduración de los productos almacenados. permitiendo un horario óptimo de transporte y almacenamiento. Este beneficio potencial ha llevado a una gran demanda para el desarrollo de pequeños, Sensores de etileno económicos de las industrias agrícola y alimentaria. Pequeños sensores capaces de detectar etileno están disponibles comercialmente, pero muchos de ellos operan solo a altas temperaturas (200-300 ℃). Además, Los sensores disponibles comercialmente que utilizan semiconductores como materiales de detección pueden detectar otras moléculas gaseosas (p. ej., alcohol y metano) al mismo tiempo debido a su superficie altamente activa. Por tanto, estos sensores existentes carecen de sensibilidad selectiva al etileno.

En este proyecto de investigación, desarrollamos un pequeño, sensor de alta sensibilidad capaz de detectar etileno con gran selectividad. Este sensor consta de tres componentes:un catalizador altamente activo que convierte selectivamente etileno en acetaldehído, un reactivo que reacciona con acetaldehído para liberar gas ácido y un electrodo SWCNT (nanotubo de carbono de pared simple) que es muy sensible al gas ácido (figura). Este catalizador altamente activo puede convertir repetidamente etileno en acetaldehído a medida que el aire analito lo atraviesa. Además, el catalizador puede operar a casi temperatura ambiente (40 ℃), haciendo que el sensor pequeño sea energéticamente eficiente. El gas ácido producido por la reacción entre el acetaldehído y el reactivo retira fuertemente los electrones del semiconductor SWCNT, cambiando la resistencia eléctrica del semiconductor. Estas características y mecanismos permiten que el sensor detecte etileno de forma selectiva y sensible incluso a una concentración extremadamente baja (0,1 ppm) mediante el seguimiento de los cambios en la resistencia eléctrica. Se espera que este sensor sea eficaz para monitorear las concentraciones de etileno para muchos tipos de productos frescos almacenados. Por ejemplo, las concentraciones de etileno que promueven la maduración en bananos y kiwis son aproximadamente 500 ppm y 10 ppm, respectivamente:dentro del rango de sensibilidad útil del sensor.

Este pequeño energía eficiente, El sensor de etileno de bajo costo está diseñado para ser compatible con la integración de big data y los sistemas de redes. y, por lo tanto, puede servir como una herramienta vital para poner en práctica la visión de la sociedad súper inteligente de Japón (la iniciativa Sociedad 5.0) en las industrias agrícolas y alimentarias. Este grupo de investigación está diseñando diferentes tipos de catalizadores altamente activos para desarrollar pequeños sensores que puedan detectar moléculas gaseosas distintas al etileno.